CN211829527U - 低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置 - Google Patents
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Abstract
一种低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置，通过调节所述光纤布拉格光栅的光栅长度，实现反射光信号频率的改变，利用所述光纤布拉格光栅反射出的光信号与所述半导体激光器发出的光信号之间的可变频率差值实现微波信号的频率可调谐；同时，光电振荡环路有效降低输出信号的相位噪声，于是可输出低相位噪声下的频率可调谐微波信号。结合其它结构有效避免了现有技术中微波信号频率调谐范围较小、增加了系统成本、严重影响信号的相位噪声的缺陷。
Description
技术领域
本实用新型涉及微波信号技术领域，也涉及频率可调谐技术领域具体涉及一种低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置，尤其涉及一种基于光纤布拉格光栅及光电振荡器的低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置。
背景技术
雷达即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置的设备。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。随着雷达技术的蓬勃发展，战场上对宽频谱、大频率跨度的雷达干扰机需求日益增加，这对雷达信号干扰机的射频前端的本振信号的频率调谐范围与生成信号的质量提出了更高的要求。光纤布拉格光栅因其大频率调谐范围被广泛运用在微波光子学中的频率调谐系统。而光载无线通信(RoF)技术因其具有低损耗、高带宽、成本低等特性引起了广泛的关注。高性能高频信号源是RoF系统的一个重要的组成部分，传统电子学方法受到材料和工艺的限制，较难实现高频微波信号的产生。微波光子方法带宽透明，损耗低，同时可以与 RoF系统完美接入，无需二次电光转换过程，降低了系统成本，提高了使用效率。
微波光子方法实现射频频率调谐的方法主要有激光器直接调谐法、射频滤波器法、射频移相器法等方案，其中移相器法实现的频率调谐范围较小。激光器直接调谐法需要频率可调谐激光器，增加了系统成本。射频滤波器法需要更换不同频率的射频滤波器，严重影响信号的相位噪声。为了产生大频率调谐范围、低相位噪声射频信号需要提出新的原理与方法。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型提供了一种低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置，有效避免了现有技术中微波信号频率调谐范围较小、增加了系统成本、严重影响信号的相位噪声的缺陷。
为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供了一种低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置的解决方案，具体如下：
一种低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置，包括：
光端设备和与所述光端设备连接的电端设备；
所述光端设备和电端设备构成了作为光电振荡环路的闭合环路；
所述光端设备用于把反射后的光信号放大后送入所述电端设备；
所述电端设备用于把形成的射频信号放大后反馈到所述光端设备中。
所述光端设备包括通过光纤顺序相连的半导体激光器1、马赫- 增德尔电光强度调制器3、单模光纤4、环路器5、光分束器7、光放大器8与光电检测器9；
所述光端设备还包括光纤布拉格光栅6。
所述环路器5采用其1口进2口出，2口进3口出的顺序传输信号；
所述单模光纤4与所述环路器5的1口连接；
所述光分束器7与所述环路器5的3口连接；
所述光纤布拉格光栅6通过光纤与所述环路器5的2口连接。
所述电端设备包括顺序电连接的第一射频放大器10、射频功分器 11、第二射频放大器12与低噪声放大器13。
所述低噪声放大器13与马赫-增德尔电光强度调制器3的射频输入端口连接，所述光电检测器9的输出端与第一射频放大器 10的输入端相连。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型涉及一种低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置，使用激光器、环路器、可调谐光纤布拉格光栅、马赫-增德尔电光强度调制器、单模光纤、光电检测器以及射频放大器构成闭合环路，利用光纤布拉格光栅反射光波长与光栅长度成比例变化的特性，以及闭合环路中长距离光纤的高品质因数特性，实现产生频率可调谐微波信号的低相位噪声输出。其采用微波光子技术，有效克服了常规微波信号频率调谐时所引起相位噪声的恶化，实现装置结构简单、造价低、性能稳定。
附图说明
图1是本实用新型低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步地说明。如图1 所示，低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置，包括：
光端设备和与所述光端设备连接的电端设备；
所述光端设备和电端设备构成了作为光电振荡环路的闭合环路；
所述光端设备用于把反射后的光信号放大后送入所述电端设备；
所述电端设备用于把形成的射频信号放大后反馈到所述光端设备中所述光端设备包括通过光纤顺序相连的半导体激光器1、马赫-增德尔电光强度调制器3、单模光纤4、环路器5、光分束器7、光放大器8与光电检测器9；
所述光端设备还包括光纤布拉格光栅6。
所述环路器5采用其1口进2口出，2口进3口出的顺序传输信号；
所述单模光纤4与所述环路器5的1口连接；
所述光分束器7与所述环路器5的3口连接；
所述光纤布拉格光栅6通过光纤与所述环路器5的2口连接。
所述电端设备包括顺序电连接的第一射频放大器10、射频功分器 11、第二射频放大器12与低噪声放大器13。在这里，射频功分器用来将送来的射频信号分束，一部分信号反馈给光链路继续传递，一部分信号用于产生频率可调谐信号或直接测量。低噪声放大器用于提供环路的增益，环路中其他器件带来了一定的插入损耗，为保证振荡的顺利实施，需要在链路中提供一定增益，抵消插入损耗。
所述低噪声放大器13与马赫-增德尔电光强度调制器3的射频输入端口连接，所述光电检测器9的输出端与第一射频放大器10的输入端相连。本实用新型的装置结构简单，造价低，性能稳定。
所述半导体激光器1采用波长为1550nm的半导体激光器；
所述偏振控制器2采用三轴机械可调偏振控制器；
所述马赫-增德尔电光强度调制器3的工作带宽为40GHz；
所述单模光纤4采用G.652标准单模光纤；
所述光纤布拉格光栅6的反射波长调谐范围为1549nm-1552nm；
所述光分束器7采用50:50的光分束器；
所述光放大器8采用波长1550nm，输出光功率10dBm以上的掺铒光放大器；
所述光电检测器9采用工作带宽大于40GHz的光电检测器；
所述第一射频放大器10和第二射频放大器12均采用最大输出功率大于1W的功率放大器；
所述射频功分器11采用50:50的射频功率分路器；
所述低噪声放大器13采用增益20dB，噪声系数小于4dB的低噪声放大器。
该低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置的工作原理，包括：
通过调节所述光纤布拉格光栅6的光栅长度，实现反射光信号频率的改变，利用所述光纤布拉格光栅6反射出的光信号与所述半导体激光器1发出的光信号之间的可变频率差值实现微波信号的频率可调谐；同时，光电振荡环路有效降低输出信号的相位噪声，于是可输出低相位噪声下的频率可调谐微波信号。
所述低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置的方法，具体方式包括：
所述半导体激光器1发出载波光信号经所述偏振控制器2调节载波光信号形成的光路中光的偏振状态，然后经所述马赫-增德尔电光强度调制器3将所述光电振荡环路中反馈的电信号调制到光信号上，被调制的光信号经所述单模光纤4传入所述环路器5，被调制的光信号从所述环路器5的1口进2口出，经过调节所述光纤布拉格光栅6的光栅长度让反射后的光信号由所述环路器5的2口进3口出，使得反射后的光信号又进入了所述光分束器7；由于所述光纤布拉格光栅6反射后的光信号功率较小，不易被所述光电检测器9所响应，所以需要反射后的光信号经过所述光放大器8放大处理后送入所述光电检测器9，当反射后的光信号的波长与所述半导体激光器发出的载波光信号的波长之间存在差值时，所述光电检测器9通过拍频效应产生一个频率等于二者频率差值的射频信号；输出该射频信号再经过所述第一射频放大器10和第二射频放大器12放大后反馈输入到马赫-增德尔电光强度调制器3中，完成整个光电振荡环路的低相位噪声下的频率可调谐微波信号的生成。
当调节所述光纤布拉格光栅6上的旋钮时，所述光纤布拉格光栅6的光栅的长度发生改变，使得反射后的光信号的波长也随之变化；所述单模光纤4增加了整个光电振荡环路的光信号传输的延迟量，从而提高了输出的射频信号的品质因数。
本实用新型实质上是一种光控调谐低相位噪声微波信号的装置，其光电振荡器输出的低相位噪声信号频率由半导体激光器和光纤布拉格光栅透射谱的波长差值决定。通过控制光电振荡环路中光纤布拉格光栅的狭缝间距，改变光纤布拉格光栅的透射与反射谱，可以改变光电振荡器输出信号的中心频率。结合温控结构可以提升现有光电振荡器输出信号的频率调谐范围。拓展光电振荡器在信号频率源领域的应用能力。
以上以用实施例说明的方式对本实用新型作了描述，本领域的技术人员应当理解，本公开不限于以上描述的实施例，在不偏离本实用新型的范围的情况下，可以做出各种变化、改变和替换。
Claims (5)
1.一种低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置，其特征在于，包括：
光端设备和与所述光端设备连接的电端设备；
所述光端设备和电端设备构成了作为光电振荡环路的闭合环路；
所述光端设备用于把反射后的光信号放大后送入所述电端设备；所述电端设备用于把形成的射频信号放大后反馈到所述光端设备中；
所述光端设备包括通过光纤顺序相连的半导体激光器、马赫-增德尔电光强度调制器、单模光纤、环路器、光分束器、光放大器与光电检测器；
所述光端设备还包括光纤布拉格光栅。
2.根据权利要求1所述的低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置，其特征在于，所述环路器采用其1口进2口出，2口进3口出的顺序传输信号；
所述单模光纤与所述环路器的1口连接；
所述光分束器与所述环路器的3口连接；
所述光纤布拉格光栅通过光纤与所述环路器的2口连接。
3.根据权利要求2所述的低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置，其特征在于，所述电端设备包括顺序电连接的第一射频放大器、射频功分器、第二射频放大器与低噪声放大器。
4.根据权利要求3所述的低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置，其特征在于，所述低噪声放大器与马赫-增德尔电光强度调制器的射频输入端口连接，所述光电检测器的输出端与第一射频放大器的输入端相连。
5.根据权利要求4所述的低相位噪声下的频率可调谐微波信号生成装置，其特征在于，半导体激光器采用波长为1550nm的半导体激光器；
偏振控制器采用三轴机械可调偏振控制器；
马赫-增德尔电光强度调制器的工作带宽为40GHz；
单模光纤采用G.652标准单模光纤；
光纤布拉格光栅的反射波长调谐范围为1549nm-1552nm；
光分束器采用50:50的光分束器；
光放大器采用波长1550nm，输出光功率10dBm以上的掺铒光放大器；
光电检测器采用工作带宽大于40GHz的光电检测器；
第一射频放大器和第二射频放大器均采用最大输出功率大于1W的功率放大器；
射频功分器采用50:50的射频功率分路器；
低噪声放大器采用增益20dB，噪声系数小于4dB的低噪声放大器。
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